JP2000008858A

JP2000008858A - 直噴式エンジン及びそのピストン

Info

Publication number: JP2000008858A
Application number: JP10170271A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takimoto; 和寿滝本; Masahiko Kanehara; 雅彦金原; Ten Ito; 天伊藤; Hiroki Kusano; 弘揮草野; Hiroyuki Sami; 弘之佐味; Takayoshi Takano; 孝義高野
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】主噴射に先立ってパイロット噴射を実行する
燃料噴射が行われる直噴式エンジンにおいて、ＨＣ等の
エミッション排出を抑制する。【解決手段】直噴式のディーゼルエンジンのピストン
３のトップランド３ｂには、そのリップ部分にインジェ
クタ８の六つの噴孔から噴射される燃料の当たる位置に
六つのセラミック膜３３が周方向にほぼ等間隔に形成さ
れている。セラミック膜３３は気化促進作用を有し、パ
イロット噴射はセラミック膜３３を指向して実行され
る。その噴射時期は、ピストン３が上死点に近づいたと
きに強くなるスキッシュ流により、気化燃料がインジェ
クタのノズル近傍に移動し、その場で自己着火するタイ
ミングに設定されている。トップランド３ｂの表面付近
に存在する気化燃料（液滴も含む）は、スキッシュ流に
よってキャビティ３ａ内に流れ込んでキャビティ３ａ内
で集中的に燃焼する。このため、主噴射の噴射域が高温
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば主噴射に先
立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射などの燃料
噴射が、ピストンのトップランドを指向して実行される
直噴式エンジン及びそのピストンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンでは主噴射を
行う前に予め少量の燃料を噴射するパイロット噴射の研
究が盛んである。パイロット噴射により主噴射に先立っ
て少量の燃料を噴射し、一度燃料噴射を中断し、その燃
料が着火状態になったところで本格的な燃料噴射（主噴
射）を行うものである。着火遅れ期間中の燃料噴射量の
減少により予混合燃焼が減少し、ＮＯx および騒音の低
減に効果がある。

【０００３】同時にパイロット噴射による燃焼により、
燃焼室の雰囲気温度が上昇する。これにより、主噴射に
より噴射された燃料の気化が促進され、ＨＣ等のエミッ
ション排出が抑制される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、パイロット
噴射のタイミングは、一般的に上死点前で、雰囲気温度
が高くない。そのため、図１２（ａ）に示すように、イ
ンジェクタ５１から噴射されたパイロット噴射による燃
料は、気化し難く、燃焼室２５の壁面、例えばピストン
５３の壁面にまで到達し、付着し易いという問題があっ
た。よって、図１２（ｂ）に示すように、燃焼したとき
にピストン５３の壁面に付着した燃料が不完全燃焼にな
ってエミッションの原因になるという問題があった。

【０００５】本発明は前記課題を解決するためになされ
たものであって、その目的は、ＨＣ等のエミッションの
排出を抑制できる直噴式エンジン及びそのピストンを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明では、直噴式エンジンには、上
面にキャビティを有し、トップランドにおける少なくと
もインジェクタから噴射された燃料が当たる位置に気化
促進膜が形成されているピストンと、前記インジェクタ
から前記気化促進膜を指向して噴射した燃料が、前記ピ
ストンが上死点に近づいたときに発生するスキッシュ流
によって燃焼前に前記トップランドから前記キャビティ
側へ押し出されることが可能なタイミングで、前記気化
促進膜を指向する前記インジェクタから燃料噴射を実行
する燃料噴射制御装置とが備えられている。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記気化促進膜を指向して実行され
る前記燃料噴射は、主噴射に先だって少量の燃料を噴射
するパイロット噴射であって、前記燃料噴射制御装置
は、前記パイロット噴射の燃料が少なくとも燃焼開始
後、前記インジェクタの噴射方向が前記キャビティ内を
指向し得るタイミングで、燃料の主噴射を実行すること
をその要旨とする。

【０００８】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記気化促進膜は前記
ピストンのトップランドのリップ部分に形成されてい
る。請求項４に記載の発明では、請求項２又は請求項３
に記載の発明において、前記直噴式エンジンはディーゼ
ルエンジンであって、前記パイロット噴射は、その噴射
された燃料が前記トップランド付近からスキッシュ流に
よって前記キャビティ内に流れ込んでから自己着火し得
るタイミングで実行されることをその要旨とする。

【０００９】請求項５記載の発明では、請求項２〜請求
項４のいずれか一項に記載の発明において、前記インジ
ェクタは、ほぼ上死点で実行される前記主噴射が前記キ
ャビティの側壁を指向し得る噴射指向角度に設定され、
前記パイロット噴射は、該インジェクタから前噴射指向
記角度で噴射された燃料が前記ピストンのトップランド
上の前記気化促進膜を指向し得るタイミングで実行され
ることをその要旨とする。

【００１０】請求項６に記載の発明では、請求項１〜請
求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記気化
促進膜は、セラミック膜であることをその要旨とする。
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の発明にお
いて、前記インジェクタは複数の噴孔を有しており、前
記トップランドには、前記噴孔と同数の前記セラミック
膜が、該各噴孔から噴射された燃料の当たる位置に周方
向にほぼ等間隔に点在している。

【００１１】請求項８に記載の発明では、請求項６又は
請求項７に記載の発明において、前記セラミック膜は、
ジルコニアもしくはジルコニアを主成分とする溶射膜で
ある。

【００１２】請求項９に記載の発明では、請求項６〜請
求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記セラ
ミック膜は、前記ピストンの前記トップランドにおいて
前記インジェクタの噴射角未満の領域に形成されてい
る。

【００１３】請求項１０に記載の発明では、ピストン
は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の構造を
備えている。（作用）従って、請求項１に記載の発明によれば、燃料
噴射制御装置により噴射時期になると、インジェクタか
ら燃料が噴射される。燃料はピストンのトップランド上
の気化促進膜を指向して噴射される。気化促進膜に燃料
の一部が付着しても、その気化促進作用によって燃料は
速やかに気化する。噴射された燃料は、ピストンが上死
点に近づいたときに発生するスキッシュ流によってキャ
ビティ側へ運ばれ、キャビティ内で集中的に燃焼する。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、インジェ
クタからピストンのトップランド上の気化促進膜を指向
してパイロット噴射が実行される。気化促進膜に燃料が
付着しても速やかに気化する。ピストンが上死点に近づ
いてトップランドの表面にスキッシュ流が強くなると、
トップランドの表面近くの燃料（気化燃料や噴霧液滴）
がトップランドからキャビティ側に押し出される。そし
て、燃料が自己着火あるいは点火されると、燃料はキャ
ビティ内で集中的に燃焼する。よって、主噴射の噴射域
であるキャビティ内が局所的に高温化される。その後、
燃料噴射制御装置により燃料の主噴射がキャビティ内の
高温域に向かって実行され、主噴射の燃料の気化・燃焼
が一気に進む。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、トップラ
ンドのリップ部分には強いスキッシュ流が発生する。イ
ンジェクタから気化促進膜を指向して噴射された燃料は
リップ部分の強いスキッシュ流によってトップランドか
らキャビティ内に一気に送り込まれる。また、強いスキ
ッシュ流によって燃料の気化が促進される。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、パイロッ
ト噴射された燃料は、トップランド付近からスキッシュ
流によってキャビティ内に流れ込んでから自己着火す
る。このため、主噴射の噴射域が高温になる。例えばエ
ンジンが低温始動性を確保する設計であると、スキッシ
ュ流によって燃料がキャビティ側に押し出されてから燃
料を自己着火させるためには、パイロット噴射の時期を
上死点側に遅らせる必要がある。この場合、パイロット
噴射時のインジェクタとピストンとの距離が短くなって
トップランドに燃料が付着し易くなるが、気化促進膜に
よって付着した燃料の気化が促進されるので、ピストン
のトップランドに燃料が付着したまま残る心配はあまり
ない。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、ほぼ上死
点で実行される主噴射がキャビティの側壁を指向し得る
噴射指向角度に設定されたインジェクタから、燃料をト
ップランド上の気化促進膜を指向して噴射できるタイミ
ングにパイロット噴射の実行時期が設定される。パイロ
ット噴射された燃料は、スキッシュ流によってトップラ
ンドからキャビティ内に流れ込んで自己着火する。

【００１８】請求項６に記載の発明によれば、気化促進
膜はセラミック膜であるので、燃料が気化するときに熱
が奪われても金属に比べて冷え難いので、高い燃料の気
化促進作用が得られる。

【００１９】請求項７に記載の発明によれば、インジェ
クタの複数の噴孔から噴射された燃料は、噴孔と同数で
トップランド上に点在する各気化促進膜に当たる。気化
促進膜がセラミック膜であっても必要部分に点在させる
ことによって、その面積がほぼ必要最小限で済み、セラ
ミックのもつ断熱効果による吸入空気量の熱膨張による
低減が極力抑えられる。

【００２０】請求項８に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜は、ジルコニアもしくはジルコニアを主成分とする
ので、その材料の特性から膜沸騰（ライデンフロスト現
象）の起こる温度をより高い温度にシフトでき、膜沸騰
による燃料のセラミック面からの浮き上がり現象を抑え
るなど、高い燃料の気化促進作用が得られる。また、溶
射膜であるので、その表面粗度が粗く、燃料の液滴や液
膜との接触面積、すなわち熱伝達面積が広く確保される
ため、高い燃料の気化促進作用が得られる。また、衝突
後にはねかえって飛散する噴霧が少ない。

【００２１】請求項９に記載の発明によれば、セラミッ
ク膜は、ピストンのトップランドにおいてインジェクタ
の噴射角未満の領域に形成されているので、セラミック
膜の形成面積をなるべく小さく制限して、セラミック膜
の断熱効果によってもたらされる熱膨張による吸入空気
量の低減が極力抑えられる。

【００２２】請求項１０に記載の発明によれば、直噴式
ディーゼルエンジンは、請求項１〜請求項９のいずれか
一項に記載のピストンを有するので、請求項１〜請求項
９のいずれか一項に記載の発明と同様の作用が得られ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
を具体化した第１の実施形態を図１〜図８を用いて説明
する。

【００２４】図８に示すように、直噴式エンジンとして
のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１
の各気筒を構成するシリンダ２内にはピストン３が収容
されている。各気筒毎のピストン３はコネクティングロ
ッド４によりクランク軸５に連結されている。シリンダ
ヘッド６には、シリンダ２、ピストン３およびシリンダ
ヘッド６によって形成される燃焼室７内に先端部を突出
させたインジェクタ８が装着されている。

【００２５】インジェクタ８は多孔ノズルであって、本
例では六つの噴孔を有する六噴孔式である。インジェク
タ８は配管９を通じてコモンレール（図７に示す）１０
に接続されている。また、エンジン１には吸気通路１１
と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１が燃
焼室７に繋がる部分には吸気バルブ１３が設けられ、排
気通路１２が燃焼室７に繋がる部分に排気バルブ１４が
設けられている。

【００２６】図７は、本実施形態で採用するコモンレー
ル式の燃料噴射制御装置１７を示す。燃料噴射制御装置
１７は、インジェクタ８と、燃料を高圧に蓄えるコモン
レール１０と、コモンレール１０に燃料を圧送するため
の高圧サプライポンプ１８と、ＥＣＵ（エレクトリック
・コントロール・ユニット）１９などを備える。

【００２７】高圧サプライポンプ１８へはフィードポン
プ２０が燃料タンク２１から吸い上げた燃料が圧送され
る。高圧サプライポンプ１８はエンジン１の出力によっ
て回転するカム２２と、該カム２２に当接するピストン
２３とを備え、ピストン２３がエンジン運転時に昇降運
動することによってコモンレール１０に対して燃料が圧
送される。コモンレール１０にはその内部に蓄えられた
燃料の圧力（以下、燃料圧という）を検出する圧力セン
サ２４が取付けられている。ＥＣＵ１９が圧力センサ２
４により検出された検出値に基づいて高圧サプライポン
プ１８に設けられた電磁弁２５を励消磁制御することに
より、コモンレール１０内の燃料圧が予め決められた設
定圧となるように調節される。

【００２８】インジェクタ８はＥＣＵ１９により励消磁
制御される三方電磁弁２６を備える。三方電磁弁２６が
消磁されたときの位置に配置されているときは、コモン
レール１０内の燃料圧によって油圧ピストン２７が押し
下げられて下降位置に保持され、スプール弁２８が閉弁
位置に配置され、ノズル８ａの各噴孔からの燃料の噴射
が止められる。三方電磁弁２６が励磁されたときの位置
に配置されているときは、コモンレール１０内の燃料圧
が油圧ピストン２７に作用しなくなって油圧ピストン２
７が上昇位置に復帰し、スプール弁２８が開弁位置に配
置され、コモンレール１０からの燃料が油路２９を通っ
てノズル８ａの各噴孔から噴射される。

【００２９】ＥＣＵ１９には、気筒判別センサ３０、エ
ンジン回転数センサ３１、アクセルセンサ３２などが接
続され、これら各センサ３０〜３２等により得られた検
出値（気筒判別、エンジン回転数、カム角度、エンジン
負荷等）に基づいて次サイクルで燃料噴射の対象とすべ
き気筒の決定、その気筒のインジェクタ８に対する燃料
噴射時期および燃料噴射時間の演算を行う。本実施形態
では、主噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロッ
ト噴射を実行する燃料噴射制御が行われ、パイロット噴
射と主噴射のそれぞれについて燃料噴射時期および燃料
噴射時間が演算される。なお、燃料噴射時間によって燃
料噴射量が決まる。

【００３０】本実施形態では、パイロット噴射によって
噴射された燃料が、ピストン３が上死点に近づいてスキ
ッシュ流が発生してから、主噴射の実行前までに自己着
火するタイミングとなるように、従来エンジンに比べ、
パイロット噴射の時期をより上死点寄りのクランク角に
遅らせている。このようにパイロット噴射の時期を遅ら
せたとき、インジェクタ８の各噴孔から噴射される少量
の燃料の噴射指向先が、ピストン３のキャビティ３ａ周
りにできたトップランド３ｂ（図１，図２等を参照）の
リップ部分となるように、インジェクタ８の各噴孔の噴
射指向角度が設定されている（図５（ａ）を参照）。こ
こで、リップ部分とは、トップランド３ｂ上におけるキ
ャビティ３ａの周縁部分を指し、特に本例ではピストン
上昇時にある程度の強さのスキッシュ流の起こる領域を
指している。例えばトップランド３ｂの幅に対して内周
寄り半分の領域を指す。

【００３１】主噴射のタイミングは、ピストン３がほぼ
上死点に位置するクランク角の時期に実行されるように
設定されている。インジェクタ８の各噴孔が指向する噴
射指向角度が前記の条件を満たして設定されていると
き、主噴射による燃料の噴射指向方向がキャビティの内
部、特に本例ではキャビティ３ａの側壁を指向するよう
になる（図６（ｂ）を参照）。このように設定されたパ
イロット噴射と主噴射の各噴射タイミングが実現される
ように、その時々のエンジン回転数に応じた適切な噴射
時期がＥＣＵ１９により演算されるようになっている。

【００３２】図１はピストン３の平面図、図２はピスト
ン３の側断面を示す。図１，図２に示すように、ピスト
ン３の上面（頂面）中央部にはキャビティ３ａが形成さ
れている。ピストン３のキャビティ３ａ周りの上面を形
成するトップランド３ａには、インジェクタ８のノズル
８ａに形成された六つの噴孔からパイロット噴射された
それぞれの燃料の当たる位置に、気化促進膜としての六
つのセラミック膜３３がそれぞれ形成されている。本実
施形態では、インジェクタ８の噴孔と同数（六つ）のセ
ラミック膜３３が、ピストン３のトップランド３ｂのリ
ップ部分に、その周方向にほぼ等間隔に点在するように
形成されている。

【００３３】セラミック膜３３は、本例ではジルコニア
（ＺｒＯ₂）の溶射膜であり、ピストン３の母材（例え
ばアルミ合金）に中間層（図示せず）を介して形成され
たものである。中間層はジルコニア溶射膜と母材との中
間の熱膨張率を有する材料からなり、ジルコニア溶射膜
と母材との密着性を高めるために使用している。セラミ
ック膜３３は、ジルコニア（安定化・部分安定化された
ものを含む）からなることに限定されず、ジルコニアを
主成分（例えば５０ｗｔ％以上）とする混合物または化
合物であってもよい。

【００３４】ジルコニアを使用するのは、例えば特開平
９−８８７４０号公報および特開平９−８８７９４号公
報等に述べられているように、燃料（液滴）が膜沸騰す
る温度を高温側にシフトさせる特性を有するからであ
り、セラミック材料の中でも特に高い気化促進作用を有
するからである。また、セラミック膜３３は溶射法（例
えばプラズマ溶射法）により形成された溶射膜であるの
で、そのバルク中に多数の微細な空隙があり、その表面
粗度は例えば１０〜５０μｍの微細な凹凸をもつ粗いも
のとなっている。

【００３５】本実施形態では、セラミック膜３３は、図
３に示すように、インジェクタ８の各噴孔からパイロッ
ト噴射される燃料の噴射角θの領域のほぼ中央部に、噴
射角θ未満の面積にて形成されている。セラミック膜３
３の面積は、パイロット噴射された際にピストン３の上
面に多数の噴霧液滴によって形成される燃料液膜FLのほ
ぼ全てがセラミック膜３３上のみにおいて形成され得る
サイズに設定されている。より詳しくは、セラミック膜
３３の面積は、本例では噴射角θの領域に相当する面積
の約１／２の広さになっている。セラミック膜３３の面
積を必要最小限に制限するのは、セラミック膜３３の断
熱効果に起因する燃焼室７の高温化によって、吸入空気
量が熱膨張によって減ってエンジン１の出力低下がもた
らされることを防ぐためである。

【００３６】セラミック膜３３をここまで小さくできる
のは、気化促進作用を有するためである。図４は、燃料
の液膜の成長の仕方を示した図であり、（ａ）は本実施
形態のセラミック膜３３を形成した場合、（ｂ）は金属
母材（アルミ合金）に燃料の液膜が形成される場合であ
る。図４（ｂ）に示すように、金属母材に燃料の液膜が
形成されるときは、燃料噴射初期に噴射角θの領域中央
部から液膜FLが形成し始め、噴射継続とともに後続の液
滴が次々と液膜FLに吸収されてその中央部から広がるよ
うに液膜FLが成長する。そのため、最大液膜サイズ（面
積）がかなり大きいものとなる。

【００３７】これに対し、図４（ａ）に示すように、セ
ラミック膜３３が形成されている場合は、燃料噴射初期
に同様に噴射角θの領域中央部に液膜FLが形成され、噴
射継続とともに液膜FLが同様に成長はするが、セラミッ
ク膜３３に付着した燃料は図４（ｂ）の場合に比べて気
化が促進されて、液膜FLの成長速度が遅くなる。このた
め、最大液膜サイズ（面積）が、セラミック膜３３のな
い母材に直接液膜が形成される場合に比べ、かなり小さ
なものとなる。このことから、必要なセラミック膜３３
の面積が、その気化促進特性に起因する液膜の成長抑制
作用から小さくできる。このため、セラミック膜３３の
面積を噴射角θの領域に相当する面積の約１／２にした
ことは、セラミック膜３３の無い従来のピストンにおい
てその母材に直接形成される燃料液膜の最大面積よりも
狭い面積となっている。なお、セラミック膜３３の面積
は、前記噴射角θの領域に相当する面積の約１／２に限
定されない。

【００３８】次にエンジン１の動作を説明する。図５
（ａ）に示すように、パイロット噴射Ｊp は、ピストン
３が上死点に近づいた所定時期にそのトップランド３ｂ
上のセラミック膜３３を指向して実行される。パイロッ
ト噴射された燃料のうちピストン３の壁面に付着して液
膜を形成することになる液滴は、全てトップランド３ｂ
上のセラミック膜３３に付着する。

【００３９】セラミック膜３３は、(a) ジルコニアから
なり、燃料液滴の膜沸騰（ライデンフロスト現象）が起
こる壁面温度が高温側にシフトし、通常、直噴式のディ
ーゼルエンジン１の燃焼室７の壁面温度と言われる約３
００℃程度では膜沸騰しないこと、(b) セラミック膜３
３の表面粗度が粗いこと、(c) 酸化物であるために燃料
との濡れ性がよいことなどを理由に、付着した液滴や多
数の液滴によって形成された液膜との接触面積、つまり
熱伝達面積が広く確保される。そのため、セラミック膜
３３に付着した燃料の液滴および液膜の気化が促進され
る。

【００４０】パイロット噴射時期は、主噴射がキャビテ
ィ３ａの側壁を指向するように設定された同じインジェ
クタ８の各噴孔から噴射される燃料がピストン３のトッ
プランド３ｂのリップ部分を指向するようになった時期
に設定されている。

【００４１】よって、パイロット噴射されてトップラン
ド３ｂの表面付近に存在（滞留）する気化燃料（噴霧液
滴も含む）FGは、図５（ｂ）に示すようにスキッシュ流
（同図における矢印）Ｓによって、トップランド３ｂの
表面付近からキャビティ３ａ内へ流れ込む。また、セラ
ミック膜３３に付着した燃料の気化がスキッシュ流Ｓに
よっても促進される。

【００４２】そして、気化燃料FGはキャビティ３ａに流
れ込んでから、キャビティ３ａ内のインジェクタ８のノ
ズル近傍で自己着火する。その結果、図６（ａ）に示す
ようにパイロット噴射された燃料はその大部分がキャビ
ティ３ａの内部で集中的に燃焼する。従来エンジンでは
低温始動性を確保するための設計（スキッシュ流が発生
する前に自己着火する圧縮比となるような設計）となっ
ているため、パイロット噴射された燃料がスキッシュ流
が強くなる前に自己着火していたため、気筒の径方向に
広範囲な燃焼となり、シリンダの壁面から熱を奪われ易
いうえ、熱が広範囲に分散して、主噴射の噴射域の高温
化を図り難かった。これに対し、この実施形態では、低
温始動性を確保する設計がなされていても、燃焼がキャ
ビティ３ａ内部に集中するので、主噴射の噴射域、すな
わちインジェクタ８のノズル８ａの近傍に従来にも増し
て高温な高温域が作り出される。

【００４３】このとき、スキッシュ流Ｓによって気化燃
料FGがキャビティ３ａ内に流れ込んだときの気流によっ
て空気とよく混合される。よって、自己着火した燃料は
ほぼ完全燃焼する。

【００４４】そして、図６（ｂ）に示すように、ピスト
ン３がほぼ上死点のクランク角に位置するときに高温化
された高温領域内にインジェクタ８から燃料の主噴射Ｊ
m が実行される。主噴射された燃料（噴霧液滴）は一気
に気化し、気筒内のほぼ中央部分（軸心付近）において
その燃焼が一気に進む。このため、大きな爆発力が瞬発
的に得られ、エンジン１のクランク軸５から大きな出力
が得られるので、燃費が向上することになる。

【００４５】以上詳述したように本実施形態によれば、
以下の効果が得られる。（１）ピストン３のトップランド３ｂのリップ部分に形
成したセラミック膜３３を指向してパイロット噴射をす
るとともに、パイロット噴射の時期をその噴射された燃
料がスキッシュ流が強くなってから自己着火するタイミ
ングとなるようにした。よって、セラミック膜３３に付
着した燃料は直ちに気化し、燃料の壁面に付着したまま
の燃焼に起因するエミッションを増やさず、パイロット
噴射の燃料をスキッシュ流によりキャビティ３ａ内に流
し込んでからキャビティ３ａ内で集中的に燃焼させるこ
とができる。その結果、主噴射の噴射域であるインジェ
クタ８の近傍を従来エンジンに比べさらに高温化でき
る。従って、主噴射された燃料を気筒中央部分で一気に
燃焼させることができ、しかもシリンダ２の壁面から熱
も奪われ難いので、燃費を向上させることができる。

【００４６】（２）セラミック膜３３をトップランド３
ｂのうちスキッシュ流が強く発生するリップ部分に形成
したので、セラミック膜３３を指向して噴射された燃料
をより多くキャビティ３ａ内に流し込むことができ、主
噴射の噴射域であるインジェクタ８の近傍をより高温化
できる。

【００４７】（３）セラミック膜３３の気化促進作用に
よって付着した燃料は直ぐに気化し、しかもスキッシュ
流によってキャビティ３ａ内で燃料と空気がよく混合さ
れるので、ＨＣ等のエミッションが増えることがない。

【００４８】（４）セラミック膜３３をジルコニアの溶
射膜としたので、その材料のもつ膜沸騰の起こる温度の
高温化、表面粗さ、燃料との濡れ性の良さなどの複数の
理由から、液滴および液膜との熱伝達面積を広く確保で
き、その気化促進効果を顕著に高くすることができる。

【００４９】（５）セラミック膜３３の形成域をインジ
ェクタ８の噴孔の噴射角未満のほぼ必要最小限の範囲に
限定したので、セラミック膜３３による断熱効果を抑え
て熱膨張による吸入空気量の低下を極力抑えることがで
きる。特に本例では、セラミック膜３３の面積を、イン
ジェクタ８の噴孔から噴射される燃料の噴射角θに相当
する面積の約１／２としたので、吸入空気量の低下を一
層抑え易い。よって、熱膨張が原因で吸入空気量が低減
することによるエンジン１の出力低下を回避できる。

【００５０】（第２の実施形態）次に本発明を具体化し
た第２の実施形態を図９，図１０に従って説明する。こ
の実施形態は、直噴式（筒内噴射式）のガソリンエンジ
ンにおいて、主噴射に先だって少量の燃料を噴射するパ
イロット制御を実施した例である。

【００５１】図９に示すように、直噴式エンジンとして
の筒内噴射式のガソリンエンジン（以下、単にエンジン
という）４１には、各気筒を構成するシリンダ４２内に
ピストン４３が収容されている。シリンダ４２、ピスト
ン４３およびシリンダヘッド４４によって燃焼室４５が
形成される。吸気通路４６が燃焼室４５に繋がる部分に
は吸気バルブ４７が設けられ、排気通路４８が燃焼室４
５に繋がる部分には排気バルブ４９（図１０に図示）が
設けられている。

【００５２】図９，図１０に示すように、ピストン４３
の冠面には、その中央よりやや排気側に偏位してキャビ
ティ（凹み）４３ａが形成され、そのトップランド４３
ｂは吸気側において広くなっている。トップランド４３
ｂには吸気側部位におけるリップ部分にセラミック膜５
０が形成されている。

【００５３】インジェクタ５１は、気筒中心に位置して
シリンダヘッド４４に装着されている。本実施形態で
は、インジェクタ５１からの燃料の噴射は、主噴射と、
主噴射に先だって少量の燃料を噴射するパイロット噴射
との二回実施される。主噴射のタイミングは、その時々
のエンジンの運転状態から決まり、ほぼ上死点付近のク
ランク角において実行される。

【００５４】一方、パイロット噴射のタイミングは、ピ
ストン４３が上死点に達するときのクランク角より早い
時期に設定され、詳しくはピストン４３が上死点に近づ
たときに発生するスキッシュ流の発生時期、もしくはこ
の発生時期より少し早いタイミングに設定されている。
よって、ピストン４３が上死点に達する前にパイロット
噴射は原則として完了する。

【００５５】インジェクタ５１の噴孔から噴射される燃
料の噴射指向方向は、パイロット噴射時期の位置（図９
における実線の位置）にあるときのピストン４３に対
し、図９に示すようにトップランド４３ｂ上のセラミッ
ク膜５０を指向するように設定されている。つまり、イ
ンジェクタ５１の噴孔の噴射指向角度が、同図に示すよ
うにシリンダ４２の軸線に対して所定角度（例えば２０
〜５０°）だけ吸気側に傾いて設定されている。

【００５６】点火プラグ５２は、セラミック膜５０を指
向して噴射されてトップランド４３ｂの表面付近に存在
するパイロット噴射の燃料が、ピストン４３が上死点に
接近する際に発生するスキッシュ流によって押し出され
る方向の下流側に、その先端の点火部を位置させる状態
でシリンダヘッド４４に装着されている。点火プラグ５
２は、主噴射とパイロット噴射ごとに１回ずつ点火され
る。パイロット噴射のときの点火タイミングは、スキッ
シュ流によって押し出された燃料Ｆｇが点火プラグ５２
の点火部に到達したタイミングに設定されている。な
お、パイロット噴射のタイミングは、パイロット噴射の
燃料の点火の後に主噴射が実行されるように、主噴射の
タイミングを基に決められる。

【００５７】セラミック膜５０は、図９，図１０に示す
ようにインジェクタ５１から噴射された燃料が当たる位
置に、その噴射角θの領域のほぼ中央部に、噴射角θ未
満の面積で形成されている。セラミック膜５０は、前記
第１及び第２の実施形態と同様に、ジルコニアの溶射膜
からなる。但し、その材質はジルコニアを主成分とする
混合物または化合物とすることもできる。

【００５８】セラミック膜５０の面積は、噴射角θの領
域（噴射角θの噴射域がトップランド４３ｂと交差する
面領域）に相当する面積の約１／２にしている。セラミ
ック膜５０の面積を必要最小限に制限することで、セラ
ミックの断熱効果によって燃焼室温度が高くなり、熱膨
張にって吸入される空気量が減ることを防いでいる。

【００５９】以上のように構成された直噴式のガソリン
エンジン４１では、ピストン４３が上死点に達する前の
図９に実線で示す位置にある所定時期にまずパイロット
噴射がトップランド４３ｂ上のセラミック膜５０を指向
して実行される。このとき燃料の噴射角θの中央部に燃
料の液膜が形成されることがあるが、そのような液膜は
セラミック膜５０上に形成されるため、セラミック膜５
０の気化促進作用によって速やかに気化する。

【００６０】セラミック膜５０を指向して実行されたパ
イロット噴射の燃料は、トップランド４３ｂの表面付近
（特にリップ付近）に存在する。ピストン４３が図９の
鎖線位置まで上昇したとき、トップランド４３ｂの表面
付近に存在する燃料Ｆｇは、スキッシュ流によって点火
プラグ５２の点火部（つまりキャビティ４３ａ）に向か
って押し出される。燃料Ｆｇが点火プラグ５２の点火部
に到達したところで点火プラグ５２が点火され、燃料Ｆ
ｇがキャビティ４３ａ内で燃焼する。

【００６１】こうして高温になったキャビティ４３ａ内
に主噴射が実行される。このため、主噴射された燃料の
気化が促進される。そして、点火プラグ５２が点火され
ると、燃料はほぼ完全燃焼に近い状態で燃焼する。

【００６２】セラミック膜５０を指向して噴射されたト
ップランド４３ｂのリップ付近の燃料は、気筒の周縁側
から押し出されてくる空気（スキッシュ流）によってそ
のほぼ全てが押し出され、トップランド４３ｂの表面付
近にほとんど残らない。また、トップランド４３ｂの幅
が噴射指向先側で広くなっていてセラミック膜５０付近
で押し出されるガス量が多いことと、燃料Ｆｇがスキッ
シュ流が強くなるリップ付近に存在することから、燃料
Ｆｇは強いスキッシュ流によって確実に点火プラグ５２
の点火部まで運ばれる。

【００６３】この実施形態によれば、次の効果が得られ
る。（６）直噴式のガソリンエンジン４１において、ピスト
ン４３のトップランド４３ｂにセラミック膜５０を形成
するとともに、セラミック膜５０を指向したパイロット
噴射の燃料をスキッシュ流を利用して点火プラグ５２の
点火部に送るようにし、その燃焼によって主噴射の噴射
域であるキャビティ４３ａ内を効果的に高温化できる。
よって、主噴射された燃料の気化促進を図れ、エミッシ
ョンの低減および燃費の向上を実現できる。

【００６４】その他、雰囲気温度が低い段階で実行され
るパイロット噴射の指向先にセラミック膜３６を設けた
ことにより、パイロット噴射の燃料の気化促進を図れる
など、前記第１の実施形態で述べた前記（２）〜（５）
の効果が同様に得られる。

【００６５】なお、実施形態は、上記に限定されず以下
のように変更してもよい。 ○ 前記実施形態では、セラミック膜３３をパイロット
噴射の燃料の当たる位置に点在させて形成したが、例え
ば図１１に示すように、ピストン３のトップランド３ｂ
のリップ部分全体に帯状にセラミック膜３５を形成して
も構わない。この構成によれば、前記実施形態で述べた
（１）〜（４）の効果を同様に得ることができる他、ピ
ストン３とインジェクタ８との組付け誤差によって周方
向の位置ずれが生じても、パイロット噴射の燃料を確実
にセラミック膜３５に付着させることができる。また、
セラミック膜３５はリップ部分だけでその面積が小さい
ので、吸入空気量の低減によるエンジン出力の低下も比
較的少ない。また、ピストン３とインジェクタ８との組
付け誤差による周方向の位置ずれを考慮し、セラミック
膜を周方向に長い形状（楕円等）にセラミック膜を形成
することもできる。

【００６６】○ アイドリング時などはパイロット噴射
だけを実施する燃料噴射制御方法を採用した直噴式エン
ジンであってもよい。 ○ セラミック膜の位置は、スキッシュ流の発生する領
域内であれば足りる。トップランド３ｂ上において外周
側ほどスキッシュ流は弱くはなるが、セラミック膜がト
ップランド３ｂ上に位置すればスキッシュ流が弱いもの
のキャビティ３ａに向かって燃料は流れるので、主噴射
の噴射域の高温化を図ることはできる。よって、セラミ
ック膜の位置は、ピストン３のトップランド３ｂ上のど
の箇所にでも変更できる。セラミック膜がトップランド
３ｂ上に位置すれば、前記実施形態における（１），
（３）〜（５）の効果を同様に得ることができる。

【００６７】○ セラミック膜を燃料の当たる位置に点
在させる場合、その形状は前記実施形態のような略円形
状に限定されない。燃料噴射期間にピストン３の位置が
変化することによって燃料の当たる位置が変化し、また
エンジン回転数等によって燃料の噴射タイミングが異な
って燃料の当たる位置が変化するので、これらの要因を
考慮してセラミック膜の形状を決めるようにしてもよ
い。例えばトップランド３ｂの半径方向に延びる楕円形
状などとしてもよい。

【００６８】○ セラミック膜３３の材料はジルコニア
もしくはジルコニアを主成分にすることに限定されな
い。例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ
₂Ｏ₃）またはこれらを主成分とする化合物などを使用
してもよい。その他のセラミック材料を使用しても、溶
射膜であること、酸化物であることを満たせば、気化促
進効果は得られる。また、酸化物以外の例えば炭化物や
窒化物、硼化物などセラミック材料としても、熱容量が
金属に比べて高いので、母材の金属面のままの場合より
も気化促進効果は得られる。また、母材と同じ材料や母
材と異なる金属材料からなる溶射膜を形成し、燃料の付
着するエリアの表面粗度を粗くすることにより、燃料の
気化促進効果を図ることもできる。

【００６９】○ セラミック膜３３の形成方法は溶射法
に限定されない。その他の物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学
蒸着法（ＣＶＤ）によってセラミック膜３３を形成して
も構わない。例えば溶射法に比べて緻密な膜が形成され
てその粗度が小さくても構わない。また、セラミック板
をピストンの母材に接合させることによりセラミック膜
を形成してもよい。

【００７０】○ 主噴射の燃料が当たる位置、すなわち
キャビティ３ａの側壁にも必要に応じてセラミック膜を
形成しても構わない。 ○ インジェクタ８の噴孔数は適宜変更することができ
る。例えば五噴孔タイプであってもよい。また、単噴孔
タイプのインジェクタを使用した直噴式ディーゼルエン
ジンにおいて実施することもできる。

【００７１】○ 燃料噴射制御装置はコモンレール式に
限定されない。電磁スピル弁を備えた分配型燃料噴射ポ
ンプを使用することもできる。要するにパイロット噴射
をすることができる燃焼噴射制御装置であれば足りる。

【００７２】○パイロット噴射を採用する燃料噴射方式
の直噴式エンジンに限定されない。例えば第２実施形態
における直噴式ガソリンエンジン４１において、１回の
噴射のみとし、インジェクタ５１から燃料をセラミック
膜５０を指向して噴射する。噴射タイミングは、スキッ
シュ流によって噴射燃料がトップランド４３ｂからキャ
ビティ４３ａ側へ押し出され、押し出されたタイミング
で点火されるように設定する。この構成によれば、セラ
ミック膜５０の気化促進作用によってピストン４３の壁
面に燃料が残り難くなるので、噴射燃料をスキッシュ流
を利用して点火プラグ５２の点火部に運ぶことによる燃
焼方式を実現できる。

【００７３】○ 燃料は軽油に限定されない。例えば植
物性燃料を使用する直噴式ディーゼルエンジンにおいて
実施することもできる。つまり、主噴射に先立って少量
の燃料を噴射するパイロット噴射を実行する燃料噴射制
御を採用したあらゆるエンジンに適用できる。

【００７４】次に、前記各実施形態及び別例から把握で
きる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、
それらの効果と共に以下に記載する。（１）請求項１又は２において、前記気化促進膜の位置
は、前記トップランドのうち圧縮行程でスキッシュ流の
発生する領域内である。この構成によれば、トップラン
ドを指向して噴射されたパイロット噴射の燃料を、スキ
ッシュ流によってキャビティ内に流し込むことができ
る。

【００７５】（２）請求項２〜５のいずれかにおいて、
前記インジェクタは、ほぼ上死点で実行される前記主噴
射が前記キャビティの側壁を指向し得る噴射指向角度に
設定され、前記パイロット噴射のタイミングは、該イン
ジェクタから前記噴射指向角度で噴射された燃料が前記
ピストンのトップランドのリップ部分を指向する時期に
設定されている。この構成によれば、請求項５の発明と
同様の効果が得られ、しかも強いスキッシュ流によって
パイロット噴射されたトップランド付近の燃料をより多
くキャビティ内に流し込むことができる。よって、主噴
射の噴射域をより高温化できる。（３）請求項１〜３のいずれかにおいて、前記直噴式エ
ンジンは、直噴式ガソリンエンジンであって、前記ピス
トンには前記トップランドの周方向に偏在して前記気化
促進膜が形成され、前記インジェクタから前記気化促進
膜を指向して噴射されて前記トップランドの表面付近に
存在する燃料が、前記ピストンが上死点に近づいたとき
に発生するスキッシュ流によって運ばれる方向の下流側
に点火部が位置するように点火プラグが設けられてい
る。なお、気化促進膜はセラミック膜５０により構成さ
れる。この構成によれば、スキッシュ流を利用して燃料
を点火プラグの点火部に送ることができる。その他、請
求項１〜３のいずれかの発明と同様の効果が得られる。

【００７６】（４）前記キャビティが前記ピストンの軸
心に対して偏位して形成され、前記トップランドは前記
気化促進膜が形成された側で幅広くなっている。この構
成によれば、上死点に近づいたときにトップランドの幅
広の部分により押し出されるガス量が相対的に多いこと
から、気化促進膜の近くで強いスキッシュ流が発生し、
燃料を点火プラグの点火部まで確実に運ぶことができ
る。

【００７７】（５）請求項１〜５及び前記（１）〜
（４）のいずれかにおいて、前記気化促進膜は、前記ピ
ストンのトップランドのリップ部分に円環をなす帯状に
形成されている。この構成によれば、インジェクタとピ
ストンの組付誤差によりインジェクタの噴孔の向きがば
らついても、燃料（パイロット噴射の燃料）を確実に気
化促進膜（セラミック膜）に付着させることができる。

【００７８】（６）請求項１〜１０及び前記（１）〜
（４）のいずれかにおいて、前記気化促進膜（セラミッ
ク膜）は、パイロット噴射期間でのピストンの位置の変
化、エンジン回転数等に応じたパイロット噴射時期の変
更を考慮して、前記ピストンの半径方向に延びた細長形
状に形成されている。この構成によれば、パイロット噴
射期間でのピストンの位置の変化、エンジン回転数等に
応じたパイロット噴射時期の変更があっても、その噴射
された燃料を確実にセラミック膜に付着させることがで
きる。

【００７９】（７）請求項１〜１０及び前記（１),
（２),（５),（６）のいずれかにおいて、前記直噴式エ
ンジンは直噴式ディーゼルエンジンであって、低温始動
性を確保する設計がなされている。

【００８０】（８）前記（７）において、前記直噴式デ
ィーゼルエンジンは、前記ピストンが上死点に近づいて
スキッシュ流が発生する前に自己着火する圧縮比となる
ように設計されている。

【００８１】（９）請求項１〜７及び前記（１）〜
（８）のいずれかにおいて、前記気化促進膜は、溶射膜
である。この構成によれば、気化促進膜は溶射膜である
ので、その粗い表面粗度から熱伝達面積を広く確保で
き、高い気化促進効果を得ることができる。

【００８２】（１０）請求項６、７、９、１０のいずれ
かにおいて、前記セラミック膜は酸化物からなる。この
構成によれば、酸化物からなるセラミック膜は、非酸化
物に比べ燃料との濡れ性がよく熱伝達面積を広く確保で
きるので、高い気化促進効果を得ることができる。

【００８３】（１１）請求項６又は７において、前記セ
ラミック膜は、ジルコニアもしくはジルコニアを主成分
とする。セラミック膜は、ジルコニアもしくはジルコニ
アを主成分とするので、その材料の特性から膜沸騰（ラ
イデンフロスト現象）を抑えられるなど、高い気化促進
効果を得ることができる。

【００８４】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１及び請求項
１０に記載の発明によれば、トップランド上の少なくと
も燃料の噴射指向先位置に気化促進膜を設けるととも
に、燃料が燃焼前にスキッシュ流によってトップランド
からキャビティ側へ運ばれるタイミングで燃焼させるの
で、より多くの燃料をキャビティ内で集中的に燃焼さ
せ、エミッションの排出を抑制することができる。

【００８５】請求項２及び請求項１０に記載の発明によ
れば、ピストンのトップランド上の気化促進膜を指向し
てパイロット噴射を実行し、パイロット噴射による燃料
をスキッシュ流によってキャビティ側に運んでからキャ
ビティ内で集中的に燃焼させるので、主噴射の噴射域を
より高温にすることができ、エミッションの排出の抑制
および燃費の向上を実現できる。

【００８６】請求項３及び請求項１０に記載の発明によ
れば、強いスキッシュ流が発生するトップランドのリッ
プ部分に気化促進膜が形成されているので、気化促進膜
を指向して噴射したトップランド付近の燃料をより多く
キャビティ内に送り込むことができ、エミッションの排
出の抑制および燃費向上に一層寄与する。

【００８７】請求項４及び請求項１０に記載の発明によ
れば、パイロット噴射の燃料がトップランド付近からス
キッシュ流によってキャビティ内に流れ込んでから自己
着火して燃焼するので、主噴射の噴射域であるキャビテ
ィ内を高温化でき、直噴式ディーゼルエンジンにおい
て、エミッションの排出の抑制および燃費の向上を実現
できる。

【００８８】請求項５及び請求項１０に記載の発明によ
れば、ほぼ上死点で実行される主噴射がキャビティの側
壁を指向し得る噴射指向角度のインジェクタによるパイ
ロット噴射のタイミングを、トップランド上の気化促進
膜を指向する時期に設定したので、燃料がスキッシュ流
によってキャビティ内に流れ込んでから自己着火するタ
イミングとすることができる。

【００８９】請求項６及び請求項１０に記載の発明によ
れば、気化促進膜はセラミック膜であるので、金属に比
べ高い気化促進効果を得ることができる。請求項７及び
請求項１０に記載の発明によれば、インジェクタの複数
の噴孔から噴射された燃料の当たる位置に、噴孔と同数
の気化促進膜を点在させることによって、その面積がほ
ぼ必要最小限に抑えたので、セラミックのもつ断熱効果
による吸入空気量の熱膨張による低減を極力抑えること
ができる。

【００９０】請求項８及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜は、ジルコニアもしくはジルコニア
を主成分とする溶射膜であるので、その材料の特性から
膜沸騰（ライデンフロスト現象）を抑えられるととも
に、その粗い表面粗度から熱伝達面積を広く確保でき、
高い気化促進効果を得ることができる。

【００９１】請求項９及び請求項１０に記載の発明によ
れば、セラミック膜はインジェクタの噴射角未満の領域
に形成されているので、セラミックのもつ断熱効果によ
る吸入空気量の熱膨張による低減を極力抑えつつ、エミ
ッションの低減および燃費向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるピストンの平断面図。

【図２】ピストンの側断面図。

【図３】セラミック膜と噴射角との関係を示す部分側面
図。

【図４】パイロット噴射時の燃料液膜形成過程を示す部
分側面図であり、（ａ）はセラミック膜があるもの、
（ｂ）セラミック膜がないものである。

【図５】燃料噴射制御を説明するための燃焼室の模式側
断面図。

【図６】同じく燃焼室の模式側断面図。

【図７】燃料噴射制御装置の模式図。

【図８】ディーゼルエンジンの模式側断面図。

【図９】第２の実施形態におけるガソリンエンジンの部
分側断面図。

【図１０】ピストンの平面図。

【図１１】別例のピストンの平面図。

【図１２】従来技術のパイロット噴射を説明する燃焼室
の模式側断面図。

【符号の説明】

１…直噴式エンジンとしてのディーゼルエンジン、２…
シリンダ、３…ピストン、３ａ…キャビティ、３ｂ…ト
ップランド、５…クランク軸、７…燃焼室、８…インジ
ェクタ、８ａ…ノズル、１０…コモンレール、１７…高
圧サプライポンプ、１７…燃料噴射制御装置、１９…Ｅ
ＣＵ、３３，３５，５０…気化促進膜としてのセラミッ
ク膜、４１…直噴式エンジンとしての直噴式ガソリンエ
ンジン、４３…ピストン、４３ａ…キャビティ、４３ｂ
…トップランド、Jp…パイロット噴射、Jm…主噴射、Ｓ
…スキッシュ流、θ…噴射角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ａ 41/38 41/38 ＢＦ０２Ｆ 3/14 Ｆ０２Ｆ 3/14 (72)発明者伊藤天愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者草野弘揮愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者佐味弘之愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１豊田工業大学内 (72)発明者高野孝義愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１豊田工業大学内Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AB01 AB05 AC05 AD02 AD08 AD09 AD11 AE04 3G060 AA03 AB00 CA01 CA02 CA03 CB06 DA00 GA00 GA02 GA03 GA14 3G301 HA01 HA02 HA06 JA02 JA26 LB13 MA11 MA18 MA23 MA27 PA17Z PB03A PB03Z PB05A PB05Z PB08Z PE01Z PE03Z PE05Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面にキャビティを有し、トップランド
における少なくともインジェクタから噴射された燃料が
当たる位置に気化促進膜が形成されているピストンと、前記インジェクタから前記気化促進膜を指向して噴射し
た燃料が、前記ピストンが上死点に近づいたときに発生
するスキッシュ流によって燃焼前に前記トップランドか
ら前記キャビティ側へ押し出されることが可能なタイミ
ングで、前記気化促進膜を指向する前記インジェクタか
ら燃料噴射を実行する燃料噴射制御装置とを備えている
直噴式エンジン。
【請求項２】前記気化促進膜を指向して実行される前
記燃料噴射は、主噴射に先だって少量の燃料を噴射する
パイロット噴射であって、前記燃料噴射制御装置は、前記パイロット噴射の燃料が
少なくとも燃焼開始後、前記インジェクタの噴射方向が
前記キャビティ内を指向し得るタイミングで、燃料の主
噴射を実行する請求項１に記載の直噴式エンジン。
【請求項３】前記気化促進膜は前記ピストンのトップ
ランドのリップ部分に形成されている請求項１又は請求
項２に記載の直噴式エンジン。
【請求項４】前記直噴式エンジンはディーゼルエンジ
ンであって、前記パイロット噴射は、その噴射された燃料が前記トッ
プランド付近からスキッシュ流によって前記キャビティ
内に流れ込んでから自己着火し得るタイミングで実行さ
れる請求項２又は請求項３に記載の直噴式エンジン。
【請求項５】前記インジェクタは、ほぼ上死点で実行
される前記主噴射が前記キャビティの側壁を指向し得る
噴射指向角度に設定され、前記パイロット噴射は、該イ
ンジェクタから前噴射指向記角度で噴射された燃料が前
記ピストンのトップランド上の前記気化促進膜を指向し
得るタイミングで実行される請求項２〜請求項４のいず
れか一項に記載の直噴式エンジン。
【請求項６】前記気化促進膜は、セラミック膜である
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の直噴式エン
ジン。
【請求項７】前記インジェクタは複数の噴孔を有して
おり、前記トップランドには、前記噴孔と同数の前記セ
ラミック膜が、該各噴孔から噴射された燃料の当たる位
置に周方向にほぼ等間隔に点在している請求項６に記載
の直噴式エンジン。
【請求項８】前記セラミック膜は、ジルコニアもしく
はジルコニアを主成分とする溶射膜である請求項６又は
請求項７に記載の直噴式エンジン。
【請求項９】前記セラミック膜は、前記ピストンの前
記トップランドにおいて前記インジェクタの噴射角未満
の領域に形成されている請求項６〜請求項８のいずれか
一項に記載の直噴式エンジン。
【請求項１０】請求項１〜請求項９のいずれか一項に
記載のピストン。